Cómo hacer que un Motor genere más PoderUtilizando toda esta información puede comenzar a ver que hay muchas diferentes maneras de hacer que las máquinas mejoren su rendimiento. Los fabricantes de autos están constantemente jugando con todas las siguientes variables para hacer a las máquinas más poderosas y/o más ahorradoras de combustible.

 

Incrementar el desplazamiento: esto significa más poder porque puede quemar más gas durante cada revolución del motor. Puede incrementar el desplazamiento haciendo que el cilindro más grande o añadiendo más cilindros. 12 cilindros parecer ser el límite práctico.

Incrementar el porcentaje de compresión: produce más poder, hasta cierto punto. Entre más se comprima la mezcla aire/combustible, más espontánea es la explosión (antes de que la chispa la encienda). Las gasolinas de alto octano previenen este tipo de combustiones tempranas. Es por esto que los autos de alto desempeño generalmente necesitan gasolina de alto octano -sus máquinas utilizan altos porcentajes de compresión para tener más poder-.

Llenar más cada cilindro: Si coloca más aire (y combustible) en cada cilindro de determinado tamaño, puede obtener más poder del cilindro (de la misma forma que habría aumentado el tamaño del cilindro). Los turbo cargadores y super cargadores presurizan el aire entrante para colocar más aire efectivamente en cada cilindro.

Enfriar el aire entrante: comprimir el aire eleva su temperatura. Debería tener el aire más fresco en el cilindro porque el caliente es el más escaso porque se expande cuando la combustión se produce. Por esto muchos autos con super cargador y turbo cargador tienen un enfriador interno. Este es un radiador especial en el que el aire comprimido pasa para ser enfirado antes de que entre al cilindro.

Dejar que el aire entre más fácil: a medida que el pistón se mueve en la fase de succión, la resistencia del aire puede quitar poder de la máquina. La resistencia del aire puede ser reducida

dramáticamente colocando dos válvulas de succión en cada cilindro. Algunos autos modernos lo utilizan. Los filtros de aire grandes también pueden mejorar el flujo de aire.

Dejar que la descarga salga más fácilmente: si la resistencia del aire hace que se le dificulte la salida a la descarga del cilindro, le quita poder a la máquina. La resistencia del aire puede ser reducida añadiendo una segunda válvula de descarga a cada cilindro (un auto con 2 válvulas de succión y descarga tiene 4 válvulas por cilindro, lo que mejora el desempeño -cuando oiga que un comercial de autos que diga que tiene 4 cilindros y 16 válvulas, lo que está diciendo es que la máquina tiene 4 válvulas por cilindro-). Si el tubo de escape es muy pequeño o el mofle tiene gran cantidad de resistencia de aire entonces esto puede causar una presión que tiene el mismo efecto. Los sistemas de descarga de alto desempeño utilizan cabeceras, grandes tubos de escape para eliminar la presión en el sistema de descarga. Cuando escuche que un auto tiene "descarga dual", la meta es mejorar el flujo de la descarga mediante dos tubos de escape en lugar de uno.

Hacer todo menos pesado: las partes ligeras ayudan al motor a que se desempeñe mejor. Cada vez que un pistón cambia la dirección utiliza energía para detener el recorrido en una dirección y comenzar en otra. Entre más ligero el pistón, menos energía toma.

Inyección de combustible: permite tener una medida precisa de combustible para cada cilindro. Esto mejora el desempeño y la economización de combustible.

 

 Como hemos citado ya en multitud de ocasiones, las máquinas térmicas (como los motores de gasolina y diésel) tienden a desperdiciar gran cantidad de energía en forma de calor. Pese a lo que pudiese parecer, la tecnología en constante evolución tan sólo puede arañar algunos puntos porcentuales en esa gran cantidad de energía desperdiciada, porque las máquinas térmicas están

limitadas de modo absoluto por las leyes físicas en las que se basa su funcionamiento, que son los principios de la termodinámica.La creciente eficiencia de los motores actuales ya no puede estar demasiado lejos de su límite termodinámico

De forma sencilla, vamos a ver cuáles son estos principios, cómo afectan al rendimiento de los motores de combustión y por qué la creciente eficiencia de los motores actuales ya no puede estar demasiado lejos de su límite termodinámico. Dicho de otro modo, para lograr consumos sustancialmente menores que los actuales incidiendo sólo en la tecnología de los motores, no sería suficiente con su evolución sino que sería necesario dejar atrás las máquinas térmicas en favor de otro tipo de propulsores.

Parece importante empezar definiendo el concepto de eficiencia o rendimiento que vamos a utilizar indistintamente a lo largo de todo el artículo. Así pues, entendemos el rendimiento de un motor como eltrabajo realizado por cada unidad de energía consumida.Si el trabajo realizado por el motor (generación de movimiento) fuese igual a la energía química del combustible utilizado para producirlo, la eficiencia de ese supuesto motor sería de un 100% (eficiencia perfecta).Obviamente, ningún proceso puede tener una eficiencia superior al 100% porque eso sería tanto como decir que se estaría creando energía nueva. El primer principio de la termodinámica (conservación de la energía) niega esta posibilidad.Por otro lado, cuando el trabajo realizado es menor que la energía consumida, la pérdida o diferencia entre ambos valores se transforma en calor, que podemos considerar como energía inútil y por lo tanto perdida.Existe un límite absoluto para el rendimiento de cualquier máquina térmica, que es el rendimiento de una máquina imaginaria, perfecta y reversible cuyo proceso de funcionamiento se conoce como ciclo de Carnot. Esta eficiencia máxima “perfecta” se encuentra ya bastante por debajo del 100% y es importante destacar que, siendo un máximo físico, absoluto y universal, no es posible superarlo por medios tecnológicos.El rendimiento de una máquina térmica de Carnot sólo depende de la temperaturas máxima y mínima entre las que trabaja por lo que, dadas estas dos temperaturas, su cálculo es trivial. En el caso de motores de combustión que queman hidrocarburos y a partir de los datos

propuestos en este ejemplo práctico, podemos considerar una temperatura mínima (que sería la del ambiente) de 17oC (290 K) y una máxima de 1.570 oC (1.843 K). Esta combinación de temperaturas nos daría un rendimiento teórico máximo de un 84,3%.Es difícil encontrar un dato preciso de temperatura máxima alcanzada en la cámara de combustión, pero los hidrocarburos arden alrededor de 2.000oC y ya parece bastante optimista considerar unos 1.600 oC como la temperatura media de toda la cámara en el instante final de la combustión. Así pues, la eficiencia perfecta de un 84% puede considerarse un cálculo razonablemente optimista.Se perdería algo así como entre un 15% y un 25% de energía en forma de calor, sí o sí

El mismo cálculo, realizado en Wikipedia tomando otros valores como ejemplo y esta vez en un motor de gasolina, arroja una eficiencia máxima de un 73%, aunque suponiendo condiciones ideales este valor se podría considerar en el rango bajo de temperaturas posibles. Sería un cálculo razonablemente pesimista.Sea cual fuere la temperatura máxima alcanzada en la cámara de combustión en cada motor concreto, vemos que una máquina teórica, reversible e ideal con temperaturas máxima y mínima en el rango de un motor de combustión interna perdería algo así como entre un 15% y un 25% de energía en forma de calor, sí o sí, como consecuencia directa de los principios de la termodinámica.Los motores de gasolina y diésel son máquinas térmicas y, por tanto, están limitadas por el máximo absoluto de Carnot, pero su funcionamiento es sustancialmente distinto y, por definición, menos eficiente, que el de la máquina reversible y perfecta por muchos motivos. Así pues, sería más exacto hacer un modelo teórico de un motor diésel o gasolina ideales para conocer su eficiencia máxima e insuperable.Este modelo existe y es una especie de adaptación del ciclo reversible de Carnot al ciclo de funcionamiento de estos motores en concreto. No vamos a bucear en sus fórmulas, pero sí vamos a curiosear en sus resultados.Empezando por un motor de Ciclo Otto (gasolina convencional) y según este cálculo explicado por la Universidad de Sevilla, tomando datos razonables para las variables implicadas, la eficiencia máxima de un motor teórico perfecto de gasolina con relación de compresión 8:1 es de un 56,5%.

En el caso del ciclo diésel, que difiere ligeramente del gasolina y permite relaciones de compresión mayores, en este cálculo realizado sobre el modelo teórico de este ciclo, se puede ver que su rendimiento perfecto para una relación de compresión de 18:1 sería de un 63,2%.En el mundo real no es posible construir motores que funcionen o se acerquen siquiera a estas condiciones

Estos rendimientos (que son inferiores al máximo absoluto de Carnot) corresponderían a motores ideales, lo que implica cosas como ausencia de rozamientos, pérdidas nulas por bombeo, procesos instantáneos de combustión, apertura y cierre de válvulas en tiempo cero, procesos muy lentos de compresión y expansión y un aislamiento térmico sin pérdidas de energía. Dicho de otro modo, en el mundo real no es posible construir motores que funcionen o se acerquen siquiera a estas condiciones.Lo que todo ello significa es que, en el diseño de un motor térmico, el objetivo no puede ser convertir toda la energía química en movimiento, sino intentar no desperdiciar mucho más de la mitad, en el mejor de los casos.Como ejemplo notable de la eficiencia máxima alcanzable en el mundo real por un motor diésel, ya expusimos con cierto detalle el caso del motor alternativo más potente del mundo, un diésel naval de 109.000 CV. Su eficiencia máxima era de un 51,5% girando alrededor de 100 rpm. Puesto que su lentitud lo hace mucho más eficiente que un diésel automovilístico, cabe suponer que ningún diésel montado en un coche a día de hoy se encuentre ahora mismo muy por encima de un 40% de rendimiento en su régimen de trabajo y carga óptimos, si es que lo alcanza, y desde luego no en toda su gama de revoluciones.Por lo que respecta a los motores de gasolina, deberían estar alrededor de 2/3 de esa cifra según las numerosas referencias consultadas, así que podríamos tomar como valor aproximado de rendimiento óptimo para un gasolina moderno un aprovechamiento no muy superior al 30% de la energía consumida, suponiendo que se alcance tal cota y, de nuevo, no en toda la gama de revoluciones y niveles de carga.El calor generado por el motorengulle al menos el 60% de la energía química del combustible

En todos los casos, hablamos de que el calor generado por el motor de un coche convencional engulle al menos el 60% de la energía química del combustible en el caso del diésel y al menos un 70% en el caso de un gasolina. Falta descontar todavía la resistencia a la rodadura, la resistencia aerodinámica y todas las pérdidas de transmisión hasta poner el vehículo en movimiento…Como hemos visto, bastante más de la mitad de la energía contenida en el combustible se pierde inevitablemente en forma de calor antes de empezar a mover la transmisión. Al margen de las mejoras tecnológicas que indudablemente se pueden hacer, los motores térmicos son, por definición, un despilfarro energético de primera magnitud y no podrán dejar de serlo. Los principios básicos de la termodinámica lo impiden de un modo absoluto.Los motores térmicos son, por definición, un despilfarro energético de primera magnitud

Así pues, si pretendemos reducir el consumo energético de nuestros desplazamientos, deberemos escoger entre pequeñas mejoras incrementales derivadas de la evolución de los actuales motores de combustión interna, cuyo techo termodinámico ya no puede estar muy lejos, o un cambio radical en el modelo de propulsión que, definitivamente, abandone las máquinas térmicas del S.XIX y aproveche la energía con otro tipo de mecanismos.Con todos los importantísimos problemas que quedan todavía por resolver, cabe decir que el motor eléctrico no es una máquina térmica y su eficiencia real actual supera habitualmente el 90%, no conociendo más límite que el de la conservación de la energía.

Estos dos importantes teoremas tienen consecuencias fundamentales:

El rendimiento de una máquina térmica que opera entre dos temperaturas muy próximas tiende a 0, a medida que disminuye la diferencia entre ambas temperaturas. Las máquinas térmicas más eficientes operan a altas temperaturas, aunque existen limitaciones derivadas de las propiedades de los materiales que las componen.o Por ejemplo, una turbina de vapor típica opera a temperaturas de la fuente en torno a 400-500ºC (temperatura por encima de la cual el agua comienza a descomponerse en H y O con el

consiguiente proceso de corrosión de los materiales que la componen), obteniendo rendimientos de hasta el 35%.o Una turbina de gas de ciclo combinado puede operar a temperaturas de unos 1.350 °C a la salida de los gases de la cámara de combustión y tiene, por tanto, un rendimiento muy superior, cercano al 50%. El límite actualmente es la resistencia a soportar esas temperaturas por parte de los materiales cerámicos empleados en el recubrimiento interno de las cámaras de combustión de esas turbinas.o Un motor de combustión interna (diésel o gasolina) opera aproximadamente a unos 120ºC obteniendo rendimientos del 25%.o Los sistemas de energía basados en extracción del calor oceánico, tienen rendimientos muy pobres, en torno al 3%.

Además, hay que tener en cuenta que una cosa es el rendimiento máximo teórico, y otra elrendimiento real, que habitualmente oscila entre un 50% y un 80% del teórico, en función del diseño y los materiales empleados en la máquina.

Por ejemplo, para una turbina de vapor, pasar de un rendimiento del 60% a uno del 80% puede suponer duplicar o incluso triplicar la inversión y los costes de mantenimiento.

Referencias:

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbom%C3%A1quina

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_vapor

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_t%C3%A9rmico

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_combinado

http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Otto_(GIE)http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Diesel_%28GIE%29

Los motores se utilizan para realizar un trabajo mecánico, siendo muy

variado el rango de aplicaciones, se los puede ver accionando:

maquinaria agrícola (tractores, cosechadoras), propulsión ferroviaria,

propulsión marina, automóviles, grupos generadores de energía

eléctrica (centrales eléctricas y de emergencia), accionamiento

industrial (bombas, compresores, etc. especialmente de emergencia),

bombas de superficie, generadores, vehículos en general,

compresores, etc.

Ante este múltiple uso, conviene el estudio teórico y práctico de los

principales motores de combustión interna. A pesar de que la

tecnología de este tipo de motor tiene poco más de 100 años, son

muchos los cambios que ya se han producido y muchos más los

cambios aún por producir.

El motor de combustión interna de tipo alternativo (motor Otto y motor Diesel) fue el principal motor térmico del Siglo XX. Sin embargo es probable que su relevancia sea mucho menor en el Siglo XXI por varios motivos:

Altos niveles de contaminantes producidos por una combustión poco controlada.

Niveles de eficiencia relativamente pobres. Problemas crecientes en cuanto a disponibilidad de

hidrocarburos.

Igualmente, resulta pertinente valorar el impacto ambiental del motor

de combustión interna (MCI) como principal fuente energética de los

agregados agrícolas, dado por los niveles de emisión de sustancias

tóxicas, de los gases de invernadero y de ruido durante su

funcionamiento. Los MCI que mayor contaminación del medio

ambiente provocan, son los motores a gasolina a pesar de ser menos

visible sus emisiones a la atmósfera. Sumado a que en nuestro país

poco se controla los niveles de emisión de sustancias tóxicas por los

MCI, existiendo reservas sobre la regulación disponible para la

disminución de los mismos. Tampoco, habitualmente se realizan

controles de los niveles de ruido que emiten los MCI durante su

funcionamiento, existiendo un gran número de vehículos que circulan

por nuestras vías con altos niveles de ruido. Por lo que se debe hacer

una invitación, para aplicar con mayor rigor las disposiciones sobre el

cuidado y conservación del medio ambiente.

Los MCI están clasificados como máquinas que generan movimiento y

potencia a partir de energía térmica. Transforman en movimiento la

energía proveniente de la combustión de sustancias adecuadas,

denominadas combustibles como el gas natural, la gasolina y aceite

combustible (fuel oil). Se denominan motores de combustión interna

debido a que la combustión se produce dentro de un recinto cerrado

denominado cámara de combustión. Normalmente son utilizados en

vehículos y motos. También existen motores de combustión externa,

que son los que mueven los aviones jet, de propulsión a chorro, a

reacción, o más vulgarmente llamados "reactores".

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Trabajo

Aplicación de una fuerza a través de una distancia.

Trabajo = Fuerza x distancia

1 J = N • m (Sistema Internacional)

Torque (par motor)

Habilidad del motor para soportar cargas a diferentes velocidades de rotación, el máximo torque en un motor generalmente se alcanza antes de alcanzar las RPM de régimen. Se expresa en N•m (SI) ó Lb•pie (Sistema ingles).

Velocidad de régimen o nominal

Rango de velocidad en el cual el motor entrega la máxima eficiencia en admisión y escape. Se expresa en Revoluciones/minuto (RPM).

Las especificaciones técnicas de un motor se presentan en el siguiente gráfico:

Consumo de combustible

Constituye una medición de la eficiencia de la conversión de la energía del combustible en trabajo útil. Importante para análisis de costos de operación.

Consumo total: se expresa en kg/h, dependiendo de la regulación en el motor, este aumenta con la velocidad.

Consumo específico: es la relación del consumo total con la potencia desarrollada, se expresa en g/kW-h o L/kW/h.

Valores típicos para tractores Diesel:

175 < g / kW-h < 250

0,2 < L / kW-h < 0,3

FACTORES QUE AFECTAN LA POTENCIA DEL MOTOR

Eficiencia Mecánica ηm

Es la relación entre la potencia efectiva bhp y la potencia indicada ihp. Relaciona la energía mecánica disponible en el volante del motor y el trabajo indicado. Cuantifica las pérdidas de energía de origen mecánico como la fricción entre anillos y cilindros, cojinetes y ejes además de la energía necesaria para accionar los elementos propios del motor (sistema de inyección, lubricación, control temperatura, válvulas, etc.). El rendimiento mecánico de un motor varia con la velocidad, disminuye al aumentar la velocidad. Su valor, en condiciones normales de funcionamiento, es del 80 al 90%.

ηm = bhp / ihp

Para motores a gasolina: 0,72<ηm < 0,83Para motores Diesel: 0,76<ηm < 0,80

Eficiencia térmica ηt

Es larelación entre la potencia entregada por el motor como potencia útil y la energía potencial del combustible consumido. Se utiliza para evaluar el aprovechamiento del calor en el ciclo de trabajo del motor, cuantifica las pérdidas de calor durante el proceso de combustión, además del intercambio energético entre el motor y los gases. Indica la eficacia de un motor como máquina. Para valorar el rendimiento térmico del motor se debe tener gráficos de consumo específico a distintos regímenes y cargas. A menor consumo específico, mejor es el motor.

ηt = bhp / calor suministrado por el combustible

El calor suministrado depende del consumo especifico de combustible [ kg h, L/h] (curvas del fabricante) y de su poder especifico [kJ/kg] (tablas):

CombustibleDensidad (kg /

L )Energía ( kJ /

kg )

Gasolina 0,74 47060

ACPM 0,85 43100

En general varia 0,40<ηt <0,45.

Eficiencia Volumétrica ηv

Serelaciona el peso del aire que toma el motor vs el aire podría admitir el cilindro en condiciones normales de presión y temperatura. Todo esto se da porque una cantidad dada de combustible necesita cierta cantidad de aire, para una buena mezcla y posterior combustión, si la cantidad de aire que entra al cilindro es menor que la necesaria, la mezcla no estará en las proporciones debidas y por tanto no todo el combustible se quemara y parte de él será expulsado junto con los gases de desecho. Por otro lado si la cantidad de combustible que

entra a la mezcla es inferior a la cantidad que debía entrar, la explosión será ineficiente en cuanto al poder calorífico de la explosión.

ηv = Ve / Vc

Eficiencia o rendimiento total

ηTotal =ηm •ηt •ηv

Motores a gasolina: 0,26 <ηTotal < 0,30 Motores Diesel: 0,32 <ηTotal < 0,36

Relación Aire-Combustible(A/C)

Al analizar el rendimiento de un motor de combustión interna es de gran importancia determinar las cantidades relativas de aire y combustible presentes en la mezcla suministrada. Esta relación puede obtenerse con gran precisión mediante el análisis químico de los gases de escape. Sin embargo también puede determinarse efectuando las mediciones por separado del aire y del combustible suministrado al motor en un tiempo determinado.

A/C=ºG/B

ºG= consumo real de aire (Kg/h)

B= consumo horário de combustible (kg/h)

Se ha encontrado experimentalmente que es necesaria una relación definida para obtener la máxima potencia y otra relación diferente para máxima economía. La máxima economía del motor se obtiene cuando la liberación sea máxima. Esta condición se logra cuando el combustible se quema completamente.

Curva característica de motor a gasolina

Curva característica de motor diesel

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/medellin/3007073/und_3/html/contenido_factores.html

TURBINASSS

1. INTRODUCCION.

Para modificar la potencia de una turbina de gas se deben alterar, principalmente, dos parámetros: el flujo másico que pasa a través de los álabes de la turbina y la temperatura del fluido de trabajo a la entrada del rotor.

Así mismo, es posible incrementar la eficiencia y la potencia de un ciclo simple recuperando la energía remanente en los gases de escape mediante un recuperador de calor. Este equipo produce vapor que puede ser expandido en el mismo eje de la turbina de gas o en otro eje mediante una turbina de vapor.

2. FACTORES QUE AFECTAN AL DESMPEÑO DE LAS TURBINAS DE GAS..

Dado que la turbina de gas es un motor que respira aire del ambiente, su desempeño cambia con cualquier cosa que afecte el flujo de masa de aire de admisión al compresor, y con mayor razón los cambios en las condiciones de referencia de la Internacional Standards Organization (ISO) de 15ºC (59ºF), 60% de humedad relativa y 101.4 kPa (14.7 psia). Debido a esto, el desempeño de las turbinas de gas varía significativamente con las condiciones locales, y la temperatura ambiente es un factor determinante (1).

Si se disminuye la temperatura ambiente, la capacidad y eficiencia de las turbinas de gas se incrementan, debido a que esta disminución induce un aumento en la densidad del aire en la succión del compresor y, para una velocidad constante del mismo, esto se traduce en un incremento en el flujo másico.

La presión atmosférica tiene, igualmente, un efecto importante sobre la capacidad de las turbinas de gas, aunque no sobre su eficiencia. Cuando la presión atmosférica disminuye, la densidad del aire baja, lo que, a su vez, reduce el flujo de masa hacia la turbina y, por tanto, su capacidad. De igual modo, el aire húmedo, al ser más denso que el aire seco, también afecta la producción de potencia.

El tipo de combustible también influye en el rendimiento. Es así como el gas produce alrededor del 2 % más de salida de potencia que los destilados del petróleo.

La figura 1 presenta los resultados obtenidos de una prueba realizada a una unidad en ciclo combinado compuesto por una turbina de gas de 100 MW y una turbina de vapor de 50 MW, ubicado en Barranquilla, durante dos días (no consecutivos) que estuvo operando con carga base las 24 horas. En esta prueba se observó que por cada grado Fahrenheit de incremento en la temperatura del aire a la entrada del compresor, la potencia final de la turbina de combustión cayó en promedio 0.54 MW el primer día y 0.41 MW el segundo. En la misma figura se observa también una disminución casi lineal en la potencia de salida con respecto al incremento en la temperatura ambiente.

Esta unidad posee un enfriador evaporativo, por lo que las temperaturas señaladas en la figura 1 no corresponden a la temperatura ambiente de Barranquilla sino a la de bulbo seco, modificada por el enfriador, inmediatamente antes de la primera rueda de álabes del compresor.

3. SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO.

Los parámetros que se tienen en cuenta para seleccionar el tipo de sistema de enfriamiento más conveniente incluyen: el tipo de turbina, las condiciones climáticas, las horas de operación de la turbina, la relación entre flujo másico y potencia generada y el precio de la energía en el mercado.

Las principales ventajas que se obtienen al enfriar el aire en la succión del compresor son: mejoramiento en la potencia de salida, disminución del consumo térmico específico en ciclo simple y ciclo combinado y

disminución en las emisiones debido al mejoramiento en la eficiencia total.

-          Enfriador Evaporativo

Este sistema reduce la temperatura de una corriente de aire a través de la evaporación de agua y es aplicable en lugares donde el aire es cálido, y es más efectivo en ambientes secos. El enfriamiento se logra haciendo pasar el aire a través de un filtro por el cual se deja que escurra el agua. Debido a la baja humedad relativa del ambiente, parte del agua líquida se evapora. La energía del proceso de evaporación viene de la corriente de aire, por lo que éste se enfría. Un enfriador evaporativo incrementa la humedad relativa hasta valores alrededor del 85%.

La capacidad de enfriamiento de este sistema está limitada por la diferencia entre las temperaturas del bulbo seco y bulbo húmedo del ambiente. Sus ventajas son sus bajos costos iniciales y su facilidad de operación.

-          Sistema de Niebla (Fogging System).

Este sistema trabaja con el mismo principio del enfriador evaporativo, pero en lugar de un filtro usa billones de micro gotas de agua atomizada para el intercambio de energía, y es posible alcanzar disminuciones en la temperatura del aire de hasta 20ºF. Este sistema eleva la humedad relativa hasta el 100%.

La figura 3 muestra un esquema de este sistema y señala sus componentes. Sus costos de capital son comparativamente bajos y su operación no es compleja.

- Compresión Húmeda (Wet Compression)

La “compresión húmeda” proporciona un método económico para producir un aumento significativo en la capacidad de generación de una turbina de gas. Incluye un sistema de atomización y rocío, modificaciones en la lógica de control de la turbina de gas y cambios adicionales en algunos componentes, a fin de hacerlos más seguros y confiables. El incremento en la potencia viene de una combinación de los efectos de un enfriamiento evaporativo, un incremento en el flujo másico y una reducción en el trabajo del compresor debida a un interenfriamiento en las primeras etapas del mismo. Los incrementos de potencia logrados con este sistema oscilan entre el 10% y el 25%, y son más confiables que los alcanzados por enfriadores evaporativos y

sistemas de niebla, ya que no dependen de la humedad relativa del medio ambiente.

- Refrigeración Mecánica/Absorción

Este sistema es capaz de mantener una temperatura del aire tan baja como se desee, sin importar las condiciones ambientales. Sus desventajas son: alto consumo de energía de auxiliares, alta complejidad, alto costo inicial y requiere grandes espacios. En algunos casos no es económicamente viable.

4. ALTERNATIVAS PARA RECUPERAR LA ENERGÍA REMANENTE EN LOS GASES DE ESCAPE..

Una forma de llevar al máximo la recuperación de la energía en los gases de escape mediante la producción de vapor, consiste en utilizar un recuperador de calor que genere vapor a múltiples niveles de presión. El vapor generado es inyectado en una turbina de vapor o en la cámara de combustión de la misma turbina de gas. Las secciones de transferencia de calor incluyen (i) economizadores, por los cuales entra el agua al recuperador, gracias a lo cual eleva su temperatura hasta 5ºC (10ºF) por debajo de la temperatura de saturación del agua a la presión que es bombeada; (ii) evaporadores, donde el agua cambia de líquido comprimido a vapor saturado, e (iii) sobrecalentadotes, en los que el vapor gana calor para pasar de vapor saturado a vapor sobrecalentado. En la figura 7 se observa el esquema de un ciclo STIG con turbina de vapor en el que se detalla el interior del recuperador de calor de dos niveles de presión.

-  Turbinas de gas en ciclo combinado*

La configuración más usada para aumentar la potencia y eficiencia de una turbina de gas es el ciclo combinado. Este sistema utiliza un recuperador de calor generador de vapor acoplado a la salida de los gases de escape de la turbina para producir vapor que será expandido en una turbina de vapor. Los principales equipos que requiere un ciclo combinado son: una turbina de vapor, un condensador de superficie, un sistema de enfriamiento, un generador eléctrico adicional y numerosos sistemas auxiliares.

Una de las mayores desventajas que presentan los ciclos combinados es la alta inversión de capital que implican. Con el fin de salvar esta dificultad se han ideado ciclos de potencia diferentes para recuperar la energía disponible en los gases de escape de una turbina de gas.

* En el artículo “Turbinas a gas: tecnología competitiva en el mercado eléctrico colombiano”, publicado en la edición Nº 7 de esta revista, se expone más ampliamente esta configuración.

 

-  Ciclo STIG (Steam Injected Gas Turbine System)

El ciclo STIG proporciona una alternativa eficiente a un relativamente bajo costo para recuperar la energía de los gases de escape de una turbina de gas. Este sistema utiliza un recuperador de calor acoplado a la salida de los gases de escape de la turbina para generar vapor que será inyectado en la cámara de combustión de la misma turbina de gas. El propósito de esta configuración es incrementar el flujo másico que pasa a través de los álabes de la turbina, que son los encargados de transmitir la energía del fluido de trabajo, en este caso, la mezcla de gases de combustión y vapor sobrecalentado, al rotor.

La gran cantidad de agua requerida para la formación de vapor representa un problema importante, debido a que no hay recuperación del agua utilizada.

-  Ciclo STIG con turbina de vapor.

Este sistema consta de cuatro pasos: (1) Se genera un primer flujo de vapor a una presión A. (2) Se genera un segundo flujo de vapor a una presión B, siendo B mayor que A. (3) Se produce potencia en un segundo eje por la expansión parcial de B – en una turbina de vapor- hasta los niveles de presión de A. (4) Finalmente, se unen los dos flujos de vapor, de presión A, y se inyectan en la cámara de combustión de la turbina de gas para incrementar su potencia de salida /2/.

En este sistema, al igual que en el ciclo STIG, no hay recuperación de agua utilizada para generar el vapor.

-  Ciclo Cheng avanzado.

Este sistema logra la unión del ciclo Brayton y el ciclo Ranking sin requerir de generador eléctrico adicional, condensador, turbina de vapor, torre de enfriamiento ni grandes sistemas auxiliares. El sistema Cheng opera como un carburador, en un motor de gasolina, al momento de inyectar vapor sobrecalentado dentro de la cámara de  combustión de la turbina para alcanzar la mayor eficiencia y potencia posibles. En esta técnica, la combustión del gas calienta la mezcla de aire y vapor a la temperatura de trabajo de la turbina de combustión y permite su operación a temperaturas superiores a 1.450ºC (2650ºF). En consecuencia, el incremento de potencia es debido no sólo al aumento del flujo másico a través de la máquina sino también a las elevadas temperaturas de los gases a la entrada del rotor de la turbina. En este proceso, el vapor trabaja sinérgicamente con la mezcla aire-combustible, lo cual eleva su potencia térmica /3/.

El ciclo Cheng provee eficiencias de ciclo combinado a costos de ciclo simple basándose en que la eficiencia pico del ciclo se logra a una única relación de flujo másico entre el vapor sobrecalentado y el aire comprimido en la cámara de combustión. Es así como este ciclo alcanza incrementos en la potencia de salida y la eficiencia de hasta el 80 y 40%, respectivamente. La tabla de abajo presenta las capacidades y eficiencias que se pueden alcanzar con dos modelos de turbina del fabricante Westinghouse, operando en condiciones ambientales similares, en distintas configuraciones.

 

El ciclo Cheng es muy constante a todos los niveles de temperatura ambiente, lo cual es una real ventaja cuando se opera en climas cálidos, pero presenta el mismo inconveniente del ciclo STIG, puesto que en este sistema tampoco hay recuperación del agua utilizada para la producción del vapor.

Las diferencias entre el sistema tradicional de inyección de vapor y el moderno ciclo Cheng consisten básicamente en que este último inyecta mayores cantidades de vapor, ya que no sólo lo usa para incrementar la potencia de salida, sino también para reemplazar parte del aire de sangrado del compresor en la misión de enfriar los combustores. Además de esto, el sistema Cheng es aplicable tanto en turbinas que requieran ser repotenciadas como en turbinas modernas y de gran capacidad.

5. CONCLUSIONES..

Como respuesta a las exigentes condiciones que impone el mercado eléctrico colombiano, los generadores térmicos que operan turbinas de gas en ciclo simple se ven en la obligación de buscar alternativas, diferentes al costoso ciclo combinado, que les permitan permanecer dentro de un mercado que ha demostrado aceptar sólo unidades eficientes y competitivas. En atención a esta necesidad se presentan los ciclos STIG y Cheng, que al incrementar el flujo másico a través de los álabes de la turbina logran aumentos considerables en la eficiencia y potencia de los sistemas de producción de energía con turbinas de gas.

El aumento en el flujo másico a través de la turbina y la disminución del trabajo demandado por el compresor, que se logran enfriando el aire en la succión del mismo, además de incrementar la potencia representan la alternativa más económica para mejorar la eficiencia y la competitividad de las turbinas de gas. Lo anterior teniendo en cuenta que con estos sistemas es posible alcanzar incrementos en la

potencia de salida alrededor del 20% con inversiones de capital comparativamente bajas.

 6. REFERENCIAS.

Manual del ingeniero de planta, Vol.2, capítulo 4. McGraw-Hill. Steam injected gas turbine system with topping steam turbine. Patent number 5,564,269. Oct. 15-1996.http://patent.uspto.gov “Superheated steam injection rivals combined cycle power performance”. Artículo publicado en la edición julio-agosto de 1998 de la revista Gas Turbine World, p.12 a17.

http://www.opex-energy.com/ciclos/optimizacion_del_rendimiento_CTCC.html

Rendimiento de una turbina 

 El rendimiento o eficiencia de una turbina se define como el cociente entre la energía producida por la misma y la energía disponible. Básicamente consiste en la medida de los diferentes parámetros que definen el rendimiento de una turbina, esto es: caudal, potencia en el eje y salto neto. De estos el más importante puede decirse es el caudal, el cual puede determinarse utilizando diferentes métodos entre los que se pueden mencionar los absolutos del diagrama de tiempo – presión (método de Gibson) y de ultrasonido, y el relativo de Winter – Kennedy. La elección del método de medida dependerá de las características de la instalación, de los pasajes hidráulicos de la turbina, del salto, etc.

Múltiples son las razones que hacen necesario la realización de

ensayos de rendimiento, la importancia relativa de la misma

dependerá de las condiciones especificas de la maquina, de las

peculiaridades de la instalación, del tipo de explotación, etc. No

obstante se pueden resumir a grandes rasgos:

          Verificar que se cumplen las garantías contractuales

ofrecidas por el fabricante, comprobando que la potencia

garantizada se consigue sin penalizar el rendimiento, esto es,

mediante un caudal turbinado no mayor que el especificado.

          Valorar la posibilidad de un incremento de la energía

producible acometiendo el cambio de rodete de la turbina.

          Controlar la perdida de rendimiento de la instalación a lo

largo de los años.

          Determinar las perdidas de salto que se producen en los

diferentes elementos de la instalación (conducción forzada,

válvulas, desagüe, etc.).

 

Es aconsejable que los ensayos de rendimiento los realice una compañía independiente, la cual garantice los resultados obtenidos, acabando así con la practica de que sea el propio fabricante de la turbina el que lo realice. El personal que realice tanto los ensayos como el informe final debe tener la preparación y experiencia suficiente.

 

 

Recepción de la máquina 

Los ensayos de recepción de la maquina tiene como fin  verificar el cumplimiento de las condiciones contractuales que atañen a los equipos, turbina – alternador en este caso, así como determinar la

presencia de daños, defectos o vicios ocultos que puedan afectar la unidad desde el momento de su puesta en servicio. Consiste básicamente en verificar el comportamiento dinámico de una serie de parámetros, ligados al funcionamiento de la unidad y que definen las condiciones del conjunto turbina – alternador.

Las pruebas de vibraciones a realizar dentro de los ensayos de comportamiento dinámico son conformes a la norma IEC 994 “Guide for field measurement of vibratrions and pulsations in hydraulic machines (turbines, storage pumps and pump – turbines)”. El ensayo comprende una serie de pruebas en régimen estabilizado con porcentajes de carga de 25%, 50%, 75% y 100%, adicionalmente pruebas de la maquina girando en vació y excitada sin acoplar. También  régimen transitorio donde se incluyen disparo con los porcentajes citados y los transitorios de arranque, parada y cambios de carga.

 Equilibrado de generadores

 

El desequilibrio de un rotor

es el resultado de una

distribución másica desigual

en el mismo, lo cual produce

vibraciones. Estas

vibraciones, que se deben a

la interacción entre la

componente másica

desequilibrada y la aceleración radial debida al giro, las cuales

conjuntamente generan una fuerza centrípeta, se transmiten a los

cojinetes del rotor, de tal forma que cualquier punto de los mismos

experimenta una fuerza radial por revolución.

En un grupo hidroeléctrico los componentes susceptibles de

presentar desequilibrio másico son: el rodete de la turbina hidráulica,

el rotor del alternador y el cuerpo de la excitatriz. El desequilibrio

puede deberse a posibles defectos en la construcción, fabricación,

montaje y operación del grupo hidroeléctrico.

El equilibrado es de aplicación tanto en turbinas de acción como de

reacción, así como en turbinas-bombas y bombas acopladas a un

generador o motor eléctrico. Se basa en los criterios que permiten la

realización del equilibrado dinámico in situ del rotor de un grupo

turbina-generador por el método de los coeficientes de influencia.

 

Plan de mantenimiento

 

El plan de mantenimiento está previsto para conocer el estado actual y la evolución futura de los equipos principales de la central, obteniendo la máxima información de cómo el funcionamiento afecta a la vida de la turbina, del generador y del transformador, con el objetivo de detectar cualquier anomalía antes de que origine un grave daño y una parada no programada. Este plan de mantenimiento, complementado con el ordinario, se ha convertido en una herramienta fiable para asegurar la disponibilidad de los grupos. Básicamente consiste en la aplicación de las técnicas siguientes:

          Vibraciones y pulsaciones:Durante el funcionamiento de una central eléctrica el grupo turbina -

generador está sometido a la acción de diferentes fuerzas perturbadoras; el identificar y evaluar las vibraciones y pulsaciones presentes en la unidad, separando aquellas que son propias del funcionamiento de la misma, de aquellas otras que tienen su origen en el funcionamiento anómalo de alguno de sus elementos se realiza mediante el estudio y el análisis de dichas vibraciones y pulsaciones. El proceso de seguimiento y diagnóstico se realiza en las fases

siguientes:Documentación: Se incluye el

espectro base como punto de partida para determinar la aparición de

problemas en el grupo, así como los planos y una hoja con los datos más significativos de la unidad.

 Conocimiento de la máquina: Las características constructivas y

de funcionamiento determinan el tipo de posibles defectos y la vibración resultante de los mismos, lo cual hace necesario el conocimiento profundo de la máquina, de sus condiciones de funcionamiento y de los fenómenos asociados al mismo.

Criterios de valoración: Una vez que un defecto ha sido localizado e identificado, se determina su grado de importancia; para la valoración se considera tanto el nivel como las características del mismo. El criterio para la evaluación se basa en la existencia de un banco de datos representativo así como en las medidas históricas de la unidad.

Análisis de aceites:  El análisis del aceite lubricante o del aceite de regulación complementa el diagnóstico mecánico del estado de la unidad, los análisis que se realizan sobre la muestra del aceite incluyen las determinaciones de viscosidad cinemática, oxidación, acidez, contenido en agua, aditivos

y contenido en metales de desgaste y de contaminación.El análisis de los resultados obtenidos de los ensayos realizados

sobre una muestra del aceite, tomada según un procedimiento adecuado, sobre la base de la experiencia y la existencia de un banco de datos amplio y representativo, conduce al diagnóstico del estado del mismo, detectando la existencia o no de un defecto, identificando el mismo y evaluando su importancia.Descripción del funcionamiento

La operación y control de una turbina se realiza por medio de un control electrónico que se divide en las siguientes partes: abastecimiento de energía (protecciones de sobrecarga y distribución), controles y señales de supervisión de la bomba de aceite, botones de

modo operacional, controles de apagado de emergencia y válvulas de seguridad, controles manuales y conexiones de seguridad para la válvula esférica y válvulas principales, así como para freno de emergencia y apagado del generador, y comandos y señales del generador de las bombas de aceite.

Vista Tableros de Control Sala de Máquinas 

Desde el panel se realiza toda la operación comenzando por el control de las bombas de aceite indispensables para el correcto funcionamiento de la turbina, esta siempre debe estar encendida así como la bomba de aceite auxiliar mientras el modo operacional se encuentre en supervisión remota, en este caso la bomba auxiliar se encuentra conectada a un medidor de presión de respuesta.  El modo operacional en que se encuentre todo el sistema se puede determinar al seleccionar mediante un interruptor una de las tres posiciones: manual, local o supervisión remota.

Cuando de encuentra en manual se pueden operar desde el cubículo de control de la turbina los siguientes interruptores: control de bombas de aceite I y II, válvulas de paso, válvula esférica, boquillas de frenado y generador. En modo operacional local todos los circuitos mencionados reciben las ordenes de un ordenador; mientras que en modo remoto los comandos solo se aceptan desde una terminal remota.

El sistema al detectar cualquier anomalía puede causar un apagado de emergencia ya sea total o parcial, las condiciones son: nivel bajo de aceite en cualquier bomba, velocidad alta en la turbina, fallas en los controles electrónicos o falta de energía en el sistema de medición de velocidad. En estos casos se dan ordenas automáticas que cierran las válvulas de paso, la esférica, la de cierre hidráulico y los cierres de emergencia, resetea la velocidad y  los limitantes de aperturas; también es posible realizar un apagado rápido mediante un botón manual que imparte similares ordenes.

Antes de reiniciar la operación de la turbina después de un apagado de emergencia la válvula de emergencia  se debe resetear. Así mismo para abrir la válvula de paso el sello aguas arriba en la esférica no debe tener presión y el procedimiento de emergencia debe ser cancelado.  Las condiciones para abrir la válvula esférica las agujas deben estar cerradas, las presiones tienen que ser iguales y la orden de cerrado cancelada.  En caso de que una de las condiciones falla las válvulas se volverán a cerrar.

Para prevenir una mala operación el freno hidráulico se encuentra bloqueado por varios circuitos de seguridad hasta que varias condiciones se cumplen y las señales indican  “OK" para continuar.

La operación normal de la turbina se realiza siguiendo paso a paso las secuencias de operación de la maquina según lo indica el fabricante.

Algunas posibles perturbaciones que se pueden presentar durante el servicio son:

          La válvula esférica no abre:Motivo: No se obtiene equilibrio de presión entre la extensión de tubería anterior y                posterior.Causa:  las válvulas de llenado no están abiertas, las agujas de la tobera no cierran             bien (perdida de presión) o las válvulas de la tubería de vaciado están             abiertas.

Motivo: La señal “bloqueo de la válvula esférica abierto” falta estándolo.Causa: La alimentación de corriente a los interruptores esta

interrumpida.Motivo: Falta agua a presión para accionar la válvula.Causa: Las válvulas están cerradas, el filtro esta sucio o la válvula

de mando esta            descompuesta.          La tobera tiene fuga:Causa:     Cuerpo ajeno atascado.Remedio:  Abrir completamente y volver a cerrar la tobera completamente varias                 veces.Causas:    Punta de aguja y asiento están gastados.Remedio:  Montar pieza de repuesto.          Disminución de potencia:Causa:      Cuerpo ajeno atascado.Remedio:  Abrir completamente y volver a cerrar la tobera completamente varias                 veces.Causas:    Punta de aguja y asiento están gastados.Remedio:  Montar pieza de repuesto.Causas:    Elevación de nivel de agua en la fosa de la turbina.Remedio:  Controlar el sistema de aireación del foso y del canal de descarga.Causas:    El deflector sigue al chorro y lo interfiere.Remedio:  Verificar la Posición del varillaje de regulación, comprobar y corregir si es                   necesario el sincronismo electrónico de las agujas.Causas:    Desgaste en los cangilones del rodete.Remedio:  agua de servicio muy sucia o desgaste de las puntas de las agujas y los                 asientos e interferencia del deflector en el chorro, el chorro de deshace y       

                 provoca un desgaste del rodete. Montar un rodete de reserva. 

 Mantenimiento de la turbina 

          Trabajos de lubricación

Las partes móviles de una turbina son muchas y por eso algunas necesitan lubricación para disminuir su desgaste, entre ellas están las toberas y la válvula de tobera de freno son lubricados por la operación y no requieren lubricación adicional, los cojinetes articulados del varillaje de regulación y el pistón de guía del servomotor del deflector deben engrasarse una ves por mes, y los órganos de cierre si es necesario deben engrasare trimestralmente. Los deflectores están guiados en cojinetes de teflón reforzados con fibra de vidrio exentos   de mantenimiento y no requieren lubricación.

           Controles funcionales

Mensualmente deben controlarse el funcionamiento de los sistemas de seguridad, como interruptores limites, presostatos, medición de velocidad, etc.  Trimestralmente se debe controlar el funcionamiento de los empaques por medio del caudal de aceite y de agua de fuga. Anualmente debe controlarse el funcionamiento y el hermetismo de todas las válvulas y grifos.

           Trabajo de mantenimiento resultante del servicio

Con el fin de eliminar sedimentos de arena en la tubería anular se debe lavar la tubería abriendo la válvula de vaciado. La limpieza de cilindro de agua del servomotor del deflector de cuerpos  extraños se realiza cerrando la alimentación de agua, retirar el tornillo de vaciado del cilindro de agua y lavar la tubería y el cilindro abriendo la válvula.  La manutención de los filtros de los filtros de aceite y de agua debe hacerse de acuerdo a las instrucciones del fabricante, la frecuencia de estos trabajos de mantenimiento se rige de acuerdo al grado de ensuciamiento de cada componente.

           Controles periódicos en el rodete

Desde el momento de la puesta en servicio de un rodete debe controlarse a fisuras y desgastes en los periodos indicados a continuación:

24 horas de servicio                                              Control visual450 horas de servicio                                            Control visual

900 horas de servicio                                            Control a fisuras superficiales en los

                                               cangilones y en la raíz de los

mismos.1800 horas de servicio                                          Control visual4000 horas de servicio                                          Control a fisuras

superficiales entodo el rodete. Este control

debe repetirse cada 4000 horas.

Estos intervalos de tiempo se repiten para rodetes en los que fueron efectuados soldaduras de reparación.

           Revisiones

Cada 8000 horas de servicio hay que someter la turbina a una revisión completa. Para ello es necesario realizar los siguientes trabajos:-               Control del rodete a fisuras y superficies desgastadas.

Especial atención hay que dedicar a los cangilones y el pasaje cangelón-cubo de rodete. Si se encuentran fisuras no se debe continuar usando el rodete. Montar un rodete de reserva y reparar el rodete defectuoso según instrucciones para soldaduras de reparación.

-               Controlar a desgaste las puntas de aguja, asientos y cuchillas de deflector de las toberas. Si se encuentran fallas cambiar la pieza con una de repuesto.

-               Controlar el llenado y el estado del aceite, de ser necesario cambiarlo o filtrarlo. Antes de poner aceite nuevo es necesario filtrarlo. Fineza 5 лm.

-               Controlar a asiento firme uniones de tornillos, pernos y seguros en toda la turbina.

-               Controlar si el pintado tiene fallas y/o corrosión en la superficie en contacto con agua en especial la superficie de la tubería anular y del foso de la turbina. Partes falladas hay que

desoxidar y proteger con pintura de acuerdo a las instrucciones de conservación.

-                Durante la revisión es necesario realizar todos los trabajos descritos anteriormente.

 

 

          Instrucciones para soldadura de reparación en el rodete 1.          Observación previa

Los fabricantes y proveedores de fundiciones toman las medidas convenientes de prueba y de control durante la fundición y mecanización de un rodete, de manera que se entregan con forma  y propiedades superficiales optimas. No obstante que se descubra un defecto en la fundición durante el servicio de la pieza. A fin de evitar averías más grandes es imprescindibles atenerse al programa de revisión y control. Para la subsanación de los defectos comprobados debe procederse conforme a las siguientes instrucciones de reparación.

2.          División en zonasCada pieza posee secciones criticas sometidas a grandes esfuerzos así como zonas menos solicitadas. En estas últimas las magnitudes admisibles válidas para defectos comprobados, así como las condiciones que se deben cumplir en las reparaciones necesarias, pueden ser adaptadas a la solicitación menor. Motivos para ello son, en lo esencial, solamente económicos.

3.          ControlesLos controles a realizar se pueden llevar a cabo visualmente, por líquidos penetrantes o magnético. En el primer caso el control consta de una revisión lo más completa posible de todo el rodete, incluyendo los lados posteriores del cangilón y las superficies del cubo. El control mediante líquidos penetrantes revela fisuras o poros mediante marcas de color en la superficie. Utilizando un aparato magnetizante y una suspensión fluida de polvo (negra o fluorescente) se revelan las marcas lineares superiores a 2 mm de longitud.

4.          Limites de toleranciaZona A:  Marcas lineares de 2 mm de longitud               Marcas redondeadas de 6 mm de diámetro               Efectos mates de cavitación hasta una rugosidad considerable.Zona B:  Marcas lineares de 3mm de longitud               Marcas redondeadas de 10 mm de diámetroZona C:  Marcas lineares de 5 mm de longitud               Marcas redondeadas de 10 mm de diámetro

               Efectos de cavitación hasta rugosidad considerable.5.          Subsanación de defectos

Todos los defectos que sobrepasen los limites mencionados arriba deben ser rectificados. Defectos pequeños  en la zona de flujo pueden ser rectificados plenamente para así evitar tener que soldar. Lugares mates se deben pulir, en estos hay que tener especial atención que no se formen ondulaciones.

 

6.          Soldado

Preparación del lugar a soldar

Limpieza: todos los lugares a soldar, incluyendo los al redores deben estar     libres de óxidos, corrosión, aceite y agua.

-          Definición del tamaño: pequeña, mediana o grande-          Procedimiento de soldado:

Con cantidades mayores de material de soldadura, soldadura manual eléctrica con alambre de soldar del mismo genero con revestimiento calcio básico. Con ligares a soldar pequeños, en especial la boca de cangilón de pared delgada, soldadura con tungsteno y gas inerte, con alambre de soldar del mismo genero.

-          Calificación del soldador: cada soldador tiene que comprobar su capacidad para soldar, en una soldadura de ensayo.

-          Precalentamiento: la zona a precalentar tiene que extenderse por lo menos sobre el ancho del cangilón, para que se pueda dilatar y luego contraerse, a una distancia omnilateral de  300 mm como mínimo. Temperatura máxima 350ºC.

-          Capa de cubrición: terminado el soldado hasta llenar la costura totalmente, se rebaja el material sobrante dejando solo 1 mm.  Luego se aplica una capa de cubrición (una capa de bonificación sin tocar el material base circundante 2 – 3 mm de distancia), rebajándola nuevamente.

 

-          Enfriamiento: debe ser controlado con cubierta de protección hasta por debajo de 80ºC.

-          Limpieza: rectificar el área soldada a ras con la superficie circundante.

-          Controlar-          Martillado: para la generación de una pretensión por

compresión en la superficie, la soldadura que no fue sometida aun tratamiento térmico, han de ser martillados cuidadosamente y uniformemente.

-          Tratamiento térmico posterior: consta de un recocido a 600ºC durante 30 minutos por capa de 25 mm de espesor con un enfriamiento controlado posterior.

           Instrucciones de conservación

Antes de la mecanización, todas las piezas de fundición y construcciones soldadas son sometidas a una desoxidación por chorro, metálicamente brillante. A  todas las superficies en contacto con el agua se le da una capa de pintura , la cual debe ser reparada y completada en la obra después de concluidos los trabajos de montaje y soldadura, la capa solo debe aplicarse luego de comprobar las costuras de soldadura. Para la prueba a presión debe aplicarse una pintura de base completa, antes de aplicar cualquier capa la pintura anterior debe estar en estado impecable  y/o reparada; las capas individuales deben diferenciarse claramente una de otra en el tono de color. Deben observarse los tiempos de espera entre dos pinturas.

 Las superficies pintadas están exentas de huellas de pintura, gotas, protuberancias, poros y similares. Las pinturas son aplicadas de

manera tal, que se produce una película de un espesor de capa uniforme, cubriendo todos los rincones y bordes.

Los grupos de construcción a los que ya no se tienen acceso o que no se desmontaran se les aplicara antes las capas de pintura definitivas. Deben quitarse y repararse las capas de pintura viejas, así como el oxido y restos de soldadura.

           Repuestos

Es prudente contar con un mínimo de repuestos básicos para atender las fallas que se puedan presentar y parar el menor tiempo posible la generación de energía. Así como tener a la mano un listado con todos los repuestos posibles, con sus especificaciones exactas y observaciones para poder hacer los pedidos correctos sin cometer errores.

Si se decide mantener repuestos almacenados se debe hacer de tal manera que no se deterioren y evitar accidentes. En caso de almacenar servomotores cuidar que no haya fugas de aceite que produzcan daños al medio. Para el almacenamiento de disolventes y detergentes  se deben cumplir las reglas al respecto, en lugares frescos, secos, libres de polvo y con ventilación moderada. Verificar que los empaques cumplan su función después de tres meses de almacenados.

 Los almacenes no deben contener instalaciones que produzcan ozono, pues es especialmente dañoso, tampoco lámparas o motores eléctricos que puedan producir chispas. Disolventes, combustibles, lubricantes, productos químicos, ácidos, desinfectantes, etc., no deben guardarse en el mismo almacén.

También es importante tener a mano todas las herramientas indispensables para realizar las reparaciones necesarias. Que sean de buena calidad y cumplan con  las necesidades de la planta de generación.

 Theodor Kurk

Páginas consultadas          http://www.asing.es/p3.htm

          http://www.turbinas3hc.com/Pagina2.html          http://www.isagen.com.co          http://www.redproteger.com.ar/Legal/decreto_351_79.htm          http://www.irchile.com/spgener/annual/1997/acro/10.pdf          http://www.asing.es/p2.htm          http://www.iie.org.mx/publica/bolmaju99/dosde_mj.htm          http://www.hidroagoyan.com/Pucara/Pucara_introduccion.htm          http://www.eluniversal.com/2001/05/07/07201AA.shtml          http://www.megalink.com/ihh/programa.html          http://www.reivax.com.br/proe0300.html          http://www.todo-argentina.net/Geografia/provincias/Corrientes/yacireta.htm          http://www.semapi.com.ar/productos/ultraprobe.htm          http://moon.inf.uji.es/~gea/encsol4/lorenzo.htm

CONCEPTOS BASICOSUna turbina de gas simple está compuesta de tres secciones principales: un compresor, un quemador y una turbina de potencia. Las turbinas de gas operan en base en el principio del ciclo Brayton, en donde aire comprimido es mezclado con combustible y quemado bajo condiciones de presión constante. El gas caliente producido por la combustión se le permite expanderse a través de la turbina y hacerla girar para llevar a cabo trabajo. En una turbina de gas con una eficiencia del 33%, aproximadamente 2/3 del trabajo producido se usa comprimiendo el aire. El otro 1/3 está disponible para generar electricidad, impulsar un dispositivo mecánico, etc.Una variación del sistema de turbina simple (Brayton) es el de añadir un regenerador. El regenerador es un intercambiador de calor que aprovecha la energía de los gases calientes de escape al precalentar el aire que entra a la cámara de combustión. Este ciclo normalmente es utilizado en turbinas que trabajan con bajas presiones. Ejemplos de turbinas que usan este ciclo son: la Solar Centaur de 3500 hp hasta la General Electric Frame 5 de 35000 hp.Las turbinas de gas con altas presiones de trabajo pueden utilizar un interenfriador para enfriar el aire ente las etapas de compresión, permitiendo quemar más combustible y generar más potencia. El factor limitante para la cantidad de combustible utilizado es

la temperatura de los gases calientes creados por la combustión, debido a que existen restricciones a las temperaturas que pueden soportar los alabes de la turbina y otras partes de la misma. Con los avances en la Ingeniería de los materiales, estos límites siempre van aumentando. Una turbina de este tipo es la General Electric LM1600 versión marina.Existen también turbinas de gas con varias etapas de combustión y expansión y otras con interenfriador y regenerador en el mismo ciclo. Estos ciclos los podemos ver a continuación:

CICLO DE BRAYTON

El ciclo de Brayton de aire normal, es el ciclo ideal de una turbina de gas simple. El ciclo abierto de una turbina de gas simple, que utiliza un proceso de combustión interna se puede observar en la gráfica siguiente. Cabe anotar que también existe un ciclo cerrado teórico de una turbina de gas simple.En esta gráfica podemos observar el compresor, la cámara de combustión, la turbina, el aire y combustible en el ciclo abierto Brayton.El rendimiento del ciclo de Brayton de aire normal se encuentra como sigue.

sin embargo notamos que,

El rendimiento del ciclo de Brayton de aire normal es, por lo tanto, una función de la relación isentrópica de presión. El rendimiento aumenta con la relación de presión, y esto es evidente en el diagrama T-s ya que al ir aumentando la relación de presión, se cambiará el ciclo de 1-2-3-4-1 a 1-2’-3’-4-1. El último ciclo tiene mayor suministro de calor y la misma cantidad de calor cedido, que el ciclo original, y por tanto, tiene mayor rendimiento; advierta, sin embargo, que el último ciclo tiene una temperatura máxima (T3’) más alta que la del ciclo (T3). En la turbina de gas real, la temperatura máxima del gas que entra a la turbina es determinada por consideraciones metalúrgicas. Por lo tanto si fijamos la temperatura T3 y aumentamos la relación de presión, el ciclo resultante es 1-2’-3’’-4’’-1. Este ciclo tendrá un rendimiento más alto que el del ciclo original, pero, de esta manera, cambia el trabajo por kilogramo de substancia de trabajo.Con el advenimiento de los reactores nucleares, el ciclo cerrado de la turbina de gas ha cobrado gran importancia. El calor se transmite ya sea directamente o a través de un segundo fluido, del combustible en el reactor nuclear a la substancia de trabajo en la turbina de gas; el calor es cedido de la substancia de trabajo al medio exterior.La turbina de gas real, difiere principalmente del ciclo ideal a causa de las irreversibilidades en el compresor y en la turbina y debido al descenso de presión en los pasos de flujo y en la cámara de combustión (o en el cambiador de calor en una turbina de ciclo cerrado). Los rendimientos de l compresor y de la turbina están definidos en relación a los procesos isentrópicos. Los rendimientos son los siguientes:

CICLO DE UNA TURBINA DE GAS SIMPLEMENTE CON REGENERADOR

El rendimiento del ciclo de una turbina de gas, puede mejorarse con la adición de un regenerador. Se puede observar el ciclo en la gráfica siguiente:

Observe como el intercambiador de calor utiliza la energía en forma de calor de los gases de escape para calentar el aire de entrada a la cámara de combustión.Note que el ciclo 1-2x3-4-y -1, la temperatura de los gases que salen de la turbina en el estado 4, es más alta que la temperatura de los gases que salen del compresor: por lo tanto puede transmitirse calor de los gases de salida a los gases de alta presión que salen del compresor; si esto se realiza en un intercambiador de calor de contracorriente, conocido como regenerador, la temperatura de los gases que salen del regenerador Tx’ pueden tener en el caso ideal, una temperatura igual a T4, es decir, la temperatura de los gases de

salida de la turbina. En este caso la transmisión de calor de la fuente externa sólo es necesaria para elevar la temperatura desde Tx hasta T3 y esta transmisión de calor está representada pro el área x-3-d-b-x; el área y-1-a-c-y y representa el calor cedido.La influencia de la relación de presión en el ciclo simple de una turbina de gas con regenerador, se ve al considerar el ciclo 1-2’-3’-4-1; en este ciclo, la temperatura de los gases de salida de la turbina es exactamente igual a la temperatura de los gases que salen del compresor; por lo tanto, aquí no hay posibilidad de utilizar un regenerador. Esto puede verse mejor al determinar el rendimiento del ciclo de gas ideal de la turbina con regenerador.El rendimiento de este ciclo con regeneración se encuentra como sigue, donde los estados son:

Pero para el regenerador ideal, T4 = Tx y por lo tanto qH = wt; de donde,

Vemos, así, que para el ciclo ideal con regeneración el rendimiento térmico depende no sólo de la relación de presión, sino también de la relación de la mínima a la máxima temperaturas. También notamos que, en contraste con el ciclo de Brayton, el rendimiento disminuye al aumentar la relación de presión. El rendimiento térmico contra la relación de presión, para este ciclo.

La efectividad o rendimiento de un regenerador está dada por el término rendimiento del regenerador; El estado x representa a los gases de alta presión que salen del regenerador. En el regenerador ideal habría una diferencia infinitesimal de temperaturas entre los dos flujos y los de alta presión saldrían del regenerador a la temperatura

Tx’ pero T3’ = T4. En el regenerador real que debe operar a una diferencia de temperaturas finita Tx y, por lo tanto, la temperatura real que sale del regenerador, es menor que Tx’. El rendimiento del regenerador se define como,

Si suponemos el calor que el calor específico es constante, el rendimiento del regenerador también está dado por la relación

Es bueno señalar que se puede alcanzar un rendimiento alto usando un regenerador con una gran área de transmisión de calor; sin embargo, esto también incrementa el descenso de presión, que representa una pérdida, y tanto el descenso de presión como el rendimiento del regenerador, deben considerarse para determinar que regenerador dará el máximo rendimiento térmico del ciclo. Desde el punto de vista económico, el costo del regenerador debe tomarse en cuenta para saber si justifica el ahorro que se obtendrá con su instalación y uso.

INTRODUCCIONEs importante para el ingeniero mecánico el conocer profundamente el funcionamiento y los conceptos que rigen los principios de las turbinas de gas. Esto es debido a que el ingeniero probablemente se encontrara en su trabajo con el uso o mantenimiento de este tipo de equipos. Por esto, es de vital importancia conocer los conceptos básicos de estas maquinas de combustión. Se hará un breve recuento de la historia, los conceptos básicos y los ciclos de funcionamiento más importantes.

CONCLUSIONESSe logró exponer la historia y conceptos básicos de la operación de las turbinas de gas, así como una presentación más profunda de los ciclos más importantes de las turbinas de gas (Brayton y Regenerativo), pero teniendo en cuenta que existen otros como el de varias etapas, interenfriamiento y mezclas de estos. Se determinó las variables que afectan la eficiencia de estos equipos y como se puede mejorar la operación para hacerlos más eficientes. Para esto se presentaron las ecuaciones que rigen los ciclos de las turbinas de gas.

BIBLIOGRAFIA VAN WYLEN, Gordon J. Fundamentos de Termodinámica.

Limusa-Wesley. Mexico, 1972. P. 361-374.

INTERNET. Pagina:

IVAN AVILANGERMAN CARDENASROBERTO D’ANETRARICARDO JULIAOLUIS FERNANDO ROCHATrabajo presentado como requisito parcialpara aprobar la asignatura de Máquinas deCombustión Interna al Ing. Arturo López 

Leer más: http://www.monografias.com/trabajos/turbinagas/turbinagas.shtml#ixzz2lL90dDqs

MOTOR STIRLING

MOTOR STIRLING

A.      INTRODUCCIÓNEl primer motor Stirling fue creado en el año 1816 por el reverendo Robert Stirling debido a que la única opción de la época para generar potencia (las máquinas de vapor) tenían muchas desventajas como el gran ruido que producían y la alta peligrosidad de su manejo por la explosiones frecuentes que se producían por exceso de presión en las paredes de las calderas.El principio del motor Stirling es generar el movimiento de un pistón en un cilindro a través de un gas contenido en el interior que cambia su volumen cíclicamente. El cambio de volumen es posible debido a que existen dos zonas de transferencia de calor en el cilindro, una caliente y una fría: en la zona caliente se aumenta el volumen de la sustancia provocando que esta fluya hacia la zona fría y produciendo el primer movimiento del pistón hacia la zona caliente; una vez en la zona fría el volumen del gas comienza a descender y la presión también disminuye " jalando" al pistón y regresándolo hacia la zona fría mientras que por ese movimiento el fluido es desplazado hacia la zona caliente nuevamente cerrando el ciclo. En la actualidad los motores Stirling han sido objeto frecuente de investigación por lo que podemos encontrar muchos diseños y muy

ingeniosos de este principio. Entre los más conocidos tenemos a los siguientes·         Motor de pistón simple libre: Es el modelo clásico de motor, con un pistón y un desplazador de gas.·         Motor de cilindro libre: En este tipo de motor el cilindro también se mueve y esto es en reacción al movimiento del pistón (por el flujo del gas) que esta dentro de este.·         Motor alternador de pistón libre: En este tipo de motor el pistón no está conectado aun eje giratorio sino que transmite la potencia a generadores lineales. Son factibles de usarse en compresores, bombas o generadores eléctricos. ·         Motores Stirling alfa y gamma: Variaciones del  motor original que utilizan dos cilindros en vez de uno para realizar el ciclo. El motor alfa utiliza 2 pistones con bielas unidas en el mismo punto y girando alrededor de un disco, que a su vez esta unid al eje transmisor de potencia. Mientras que el motor gamma utiliza 2 discos para unir individualmente las bielas al eje principal que sincroniza sus movimientos para realizar adecuadamente el ciclo.B.      PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS DE FUNCIONAMIENTOi.            Procesos involucradosBajo ciertas condiciones de idealización el ciclo stirling se puede modelar en los siguientes procesos:·         Compresión a temperatura constante (El pistón en la zona fría comprime la sustancia)·         Aumento de presión a volumen constante en la zona caliente (Punto muerto inferior del pistón)·         Expansión isotérmica (El pistón en la zona caliente baja y baja la presión en la sustancia)·         Disminución de presión a volumen constante en la zona fría (Punto muerto superior)El modelo de ciclo teórico stirling esta sujeto a  la  utilización de un regenerador que absorbe o cede calor según sea el caso, mejorando el rendimiento del ciclo.

ii.            Análisis energéticoEl ciclo stirling teórico sólo desarrollará trabajo en los procesos isotérmicos. Sin embargo, viendo más detenidamente en un diagrama T-s el mismo ciclo podemos darnos cuenta que el calor se transfiere en los cuatro procesos, según el diagrama. Es aquí donde el regenerador es útil ya que este absorberá el calor que ingresa en el proceso 4-1 y lo entregará en el proceso 2-3 logrando una eficiencia comparada a la de Carnot en teoría.

Calor entregado o absorbido por el regenerador en los procesos isócoros:

Q = m Δhη = 1 - (Qs / Qe)

iii.            Análisis exergético

Observaremos la variación de exergía en los procesos que involucran la transferencia de calor efectiva (procesos isotérmicos).La variación de exergía en un proceso viene dada por la ecuación:

Aquí se puede observar todos los elementos involucrados en los procesos que analizaremos, la variación de exergía, la transferencia de exergía en el proceso (por transferencia de calor y por trabajo desarrollado) y la destrucción de exergía debido a irreversibilidades.Teóricamente este ciclo alcanzará la eficiencia de Carnot lo cual querrá decir que estará libre de irreversibilidad en ese caso así

que:   Como ya se explico los procesos isócoros se han dejado de lado ya que bajo las condiciones mencionadas antes no es necesario y ahora es posible verlo.

No hay trabajo en estos ciclos y además los otros términos serán iguales y de signos contrarios por lo que en balance la suma de variación de exergía en estos procesos es cero.En cuanto a los procesos isotermos se explicará mejor los resultados obtenidos cuando se toque un caso explícito de ciclo stirling.La eficiencia del ciclo stirling estará dada por la siguiente ecuación:

iv.            IrreversibilidadesPara poder modelar un motor stirling al ciclo correspondiente necesitamos introducir las irreversibilidades del sistema a nuestros cálculos. Las irreversibilidades más frecuentes son las siguientes: Regeneración incompleta en los procesos isócoros (los regeneradores usados en estos motores no restituyen  ni absorben el total del calor por lo cual en estos procesos se deberá considerar las transferencias de calor. Volúmenes distintos a los teóricos ya que el regenerador ocupa cierto volumen y dentro de él habrá una cantidad de gas por lo

que los volúmenes del ciclo real son menores reduciendo la eficiencia. Los procesos en realidad no son isotérmicos pues la temperatura es difícil de mantener durante la operación.C.      ASPECTOS TECNOLÓGICOSi.            Esquemas técnicos y descripción del equipo

·         Etapa 1: El gas cede calor a la zona fría externa desde el punto muerto inferior.   ·         Etapa 2: El volumen se mantiene constante y la temperatura sube por absorción de calor en el

regenerador.  ·         Etapa 3: Se absorbe calor a temperatura constante mientras el gas se expande en la zona caliente del pistón llevándolo a su punto muerto superior. 

·         Etapa 4: Por último, manteniendo su volumen, el gas cede calor al pasar por el regenerador hacia la zona fría.  ii.            Descripción de elementos principales·         Pistón: Elemento que realiza que produce el trabajo del ciclo.·         Cilindro: Límite del sistema que aloja a los componentes del motor.·         Regenerador: Es el elemento que se encarga de absorber o ceder el calor en los procesos indicados, como se puede ver su uso beneficio en gran medida la eficiencia.·         Transportador de gas: Es el que obliga al gas a pasar por el regenerador, cuando el volumen aumenta por el calor el desplazador empuja el pistón hasta la carrera máxima y luego regresa llevando el gas hacia la zona fría. Cuando la presión en la zona fría ah caído demasiado el desplazador se acerca al pistón empujando al gas de la zona fría a la caliente.·         Fuentes térmicas (externas): Son las que realizan las transferencias de calor en los procesos isotérmicos.

D.      ASPECTOS AMBIENTALESImpacto ambiental del equipoLos motores Stirling, a diferencia de los motores de combustión interna, tienen su gran ventaja en este aspecto pues la contaminación que producen es muy reducida, en el caso de que las fuentes térmicas sean de la quema de algún combustible, y algunos casos es nula, en caso de que se usen fuentes de calor con energía renovable como concentradores parabólicos de luz solar o paneles solares.

En cuanto a la contaminación sonora que pueden producir son muy ventajosos porque a diferencia de los motores de combustión interna no producen casi ruidos ni vibraciones que alteren el entorno en que trabaja.Para la determinación del impacto ambiental de un motor Stirling se deberá tomar en cuenta la forma en que se logrará ceder calor (para combustión, controlar la emisión de gases y para energía renovable, el espacio necesario para obtener suficiente calor), el medio en el que se instalará la máquina (que tan viable es la instalación de equipos y de que tamaño es posible realizarla) y los ruidos que produce la máquina.            Por último, otra ventaja que tiene este motor es su larga duración debido a que en los últimos años los avances en diseño y construcción han permitido mejorar el funcionamiento llegando a rendir cerca de 100000 horas en motores experimentales.E.      DESCRIPCIÓN TERMODINÁMICA Y TECNOLÓGICA DE UN CASO ESPECÍFICOi.            Parámetros de operación·         Gas ideal : Helio·         Vol. máx.   0,004 m3/ Kg.·         Vol. mín.  0.002 m3 / Kg.·         T. máx.  750K   ;   T. mín.  290Kii.            Balance de masaEn un ciclo stirling no hay flujo de masa por lo que un balance de masa estaría de másiii.            Balance de energíaUn balance de energía nos mostraría los siguientes resultados:W12 = P * v * ln(v2/v1) = R*Tf * ln(v2/v1)= 2.077*290*ln(0.5) = -417.5 kJ / kg W34 = 2.077*750*ln(2) = 1079.7 kJ / kg ΔW = 662.2 kJ / kgLos calores transferidos estarán dados por la primera ley de la termodinámica:Q = ΔE - WEn nuestro caso se pueden despreciar los efectos de la energía mecánica en los procesos por lo cual la obtención de calor queda definida por el trabajo y la variación de entalpíaQ12 = Δh - WAsí que encontraremos los valores de las propiedades termodinámicas en cada estado:

P (kPa) v (m3/kg) T h

1 150.58 0.004 290 1505.7

2 301.16 0.002 290 1505.7

3 778.87 0.002 750 3894

4 389.43 0.004 750 3894

En los ciclos isotermos la variación de entalpía es cero ya que h=Cp ΔT. Así que todo el calor que ingresa o sale es igual al y trabajo producido o entregado. Q = - WQ12 = 417.5 kJ/kgQ34= - 1079.7 kJ/kgY la variación de entropía para cada caso será:Δ S12= Cp*ln (T2/T1) + R*ln(v2/v1) = -1.47 kJ/kgΔ S23= 4.93 kJ/kgiv.            Eficiencia energéticaLa eficiencia energética está dada por la fórmula ya mencionada:η = ΔW / Q34 = (Q34 - Q12) / Q34 = 1- (Q12 / Q34)η = 1- (417.5 / 1079.7)η = 0.613v.            Eficiencia exergéticaVariación de la exergía en los procesos isotérmicos del ciclo Stirling:Δa = Σ(1- (TO/Ti))Q + po (ΔV) - WΔa34 = (1- (298/750))*(1079.7) + 100(0.002) - 1079.7Δa34 = -428.8 kJ/kgΔa12 = -408.75 kJ/kgLa eficiencia exergética del ciclo estará dada por la ecuación (Tomamos como parámetros de ambiente T0 = 298K, P0 = 1 bar):ε = (η * (1- To / Tf)) / (1- To / Tc)Los procesos en los que se transfiere calor son isotérmicos (Tc = Tf), por lo tanto la eficiencia energética es máxima: todo el potencial de trabajo que pueda realizar el calor entregado se transforma en trabajo.ε = ηEn la realidad debemos tomar en cuenta las irreversibilidades del ciclo que ya han sido comentadas, y obtendremos una eficiencia energética menor.vi.            Emisiones ambientalesEn cuanto a las emisiones ya se ha especificado que los motores stirling sólo producen emisiones en el caso de que se use algún

combustible para obtener la fuente de calor por lo cual las emisiones de gases son tolerables, o bien se podría usar energía renovable con lo cual este motor no produce ninguna emisión de gases nocivos.vii.            Precio y costosLos motores Stirling se han desarrollado en una amplia gama de precios por lo cual podemos encontrar desde los caseros que sirven solo para demostraciones de funcionamiento que pueden ser construidos con materiales de casa como varas de madera, latas de acero, eje y discos caseros. Costo aproximado: $20 Potencias fraccionarias.

Por otro lado, en países europeos ya se desarrollan grandes motores de este tipo para suplir algunas necesidades de energía, estos pueden llegar a suministrar hasta 400 KW-h y los costos están entre los 2000 y 50000 dólares por kW.

Leer más: http://www.monografias.com/trabajos64/maquinas-termicas/maquinas-termicas2.shtml#ixzz2lL5dPCRH

 

 

El motor Stirling es un tipo de motor de combustión externa que emplea un fluido compresible como sustancia de trabajo. El motor Stirling teóricamente puede poseer un rendimiento térmico de conversión de calor en trabajo igual al rendimiento de Carnot. El límite térmico para la operación de un motor Stirling depende sobre todo del material usado en su construcción. La mayoría de los motores reales no solares operan con temperatura de foco caliente de alrededor de 650 ºCy con temperatura alrededor de 60-65 ºC [Walter, 1980]. Los motores Stirling operando en estos intervalos de temperaturas con velocidades de giro de 2000 a 4 000 rpm alcanzan valores de rendimiento típico entre 30 y 40% [Stine, 1998].

La figura 1 muestra el diagrama simplificado de un motor Stirling con regeneración imperfecta.

Fig. 1. Motor Stirling tipo α.

En la figura 2 por su parte es mostrado los diagramas pv y Ts de dicho motor con regeneración imperfecta.

Fig. 2. Motor Stirling. Diagramas pv y Ts del ciclo térmico.

Para un motor con regeneración ideal, todo el calor rechazado en el proceso 41 es absorbido por un regenerador perfecto y luego ese mismo calor es entregado nuevamente a la sustancia de trabajo durante el proceso 23. Para conseguir una regeneración ideal como la descrita, lógicamente es necesario un tiempo de regeneración y un área de transferencia de calor infinitos. Para un regenerador real (imperfecto), la temperatura de la sustancia de trabajo a la salida del regenerador nunca alcanza el valor T3, ni T1, sino que apenas logra ser T3o y T1o. Esto significa que para que el fluido eleve la temperatura hastaT3 desde T3o, debe absorber calor de una fuente externa, y que para reducir su temperatura desde T1o a T1 debe rechazar calor hacia el exterior [Walter, 1980]. Aunque en la bibliografía han sido reportados valores